雅鲁藏布大峡谷地质成因.docx

第6卷第4髓地学前缘(中国地质大学北京) 6419年10月ear【h sc眦e fmr帆碍(chma unty of gsclenc鹤。&qlng(h 1999雅鲁藏布大峡谷地质成因季建清钟大赉丁林 张进江(北京大学地匝学系，北京10087 l)(中国科学院地质研究所，北京100029)杨逸畴(中国科学院地理研究所，北京100101摘要 文中总结了雅鲁藏布大块谷科学探险考察中获得的岩石学和构造地质学认识与区域 上已经取得的多学科成果，论述了雅鲁藏布大峡谷得以形成的根本原因是该地区深部存在着地 幔上涌体，雅普藏布大峡各和太拐弯的形成是地幔上涌体作用干岩石圈和地表的效应。地幔上 涌体的确认揭开了该地区所特有的生物学、气候特征等方面的奥秘，雅鲁藏布大峡谷及其周缘 地区是大陆动力学研究、壳幔动力学、地球系统中各圈层间耦合作用及大陆块体运动学研究最 理想的野外实验室。关键词 地幔上涌体超基性碱性杂岩大陆动力学地球系统雅鲁藏布大峡谷cip5l】随着精密测绘参数的获得，雅鲁藏布大峡谷是世界第一大峡谷(国家测绘局，1999年2 月发布)已经成为不争的事实。在年轻的青藏高原上何以能形成如此壮观、雄奇的大峡谷? 这与该地区特殊的地质构造和岩石圈物质与结构的凋整有着密切的关系。以国家自然科学 基金和攀登项目多年研究成果的积累，初步得出雅鲁藏布大峡谷形成的直接原因是该地区 的地壳在3 ma以来的快速抬升uj，并与深部地质作用过程有关，利用裂变径迹方法获得15 万年以来大峡谷地区的抬升速率达到30 mma【2 j，是世界上抬升最快的地区之一。气候证 据表明大峡谷地区是一个“热点”，推断有类似于地幔羽的热源存在，但缺乏直接的地质证 据o。最近的地质考察获得了完整的岩石学和构造地质学证据，表明大峡谷形成的根本原 因是该地区存在着软流圈地幔上涌体。在大峡谷的核心地段，大致从米林县派乡到西兴拉，主要是一套相当于下地壳根带深度 形成的高压麻粒岩相岩石_4，5 j，该麻粒岩相地体归属印度大陆东北端，是世界上最年轻的麻 粒岩相岩石之一，其变质作用与印度大陆与欧亚大陆之间碰撞过程中发生的陆内俯冲作用 有关。区域上这套麻粒岩相岩石普遍经受了后期与构造变形作用相关的角闪岩相退变质作 用岩石组构显示是一个与快速抬升相关的有含水流体参与的变质、变形事件，这一事件在收稿日期：19990308修改稿收到日期：19990320 作者简介：季建清，男，1968年生北京大学博士后岩石学、构造地质学专业，参与了1998年雅鲁藏布大峡谷科学探险考察，负责地质学方面的工作。 本研究受国家自然科学基金“九五”重点项目(编号：49732l()0)与中国科学院重点项日(编号：l(z952ji一039)资助，一231万方数据时空上显示不均匀分布的特点。大峡谷地区与两大陆碰撞和持续会聚有关的构造变形形迹 有两组：一组是“左旋走滑兼具逆冲的近东西向构造为主，反映了印度大陆与欧亚大陆南北 碰撞构造变形的特征，其时代与两大陆的闭合时限相半；另一组是印度大陆东北端挤入欧亚 大陆楔状体东西边界发育的北北东向构造，西边界以米林一林芝左旋走滑兼具西盘向上斜 冲的变形带为主剪切带，东边界是阿尼桥右旋走滑断裂为主构造带，其活动年代约从阿大陆 闭合延续至今。过去一直推测，在雅鲁藏布大峡谷地区印度大陆与欧亚大陆的接合部位有 蛇绿岩发育，并且沿着雅鲁藏布江河谷分布。在1998年雅鲁藏布大峡谷的科学探险活动 中，证实它的具体位置在大峡谷的西兴拉一各布拉一线，二者的接合形式为走滑变形带，而 不严格循着雅鲁藏布江河谷，也没有发现象雅鲁藏布江中、上游河段河谷巾那样广泛出露的 蛇绿岩套。在接合带北侧，与南侧高压麻粒岩相地体相对应，是一套眼球状花岗质糜棱岩， 相当的变形层次限于中、上地壳，构造片理走向北西，北东倾近直市，是雅鲁藏布江出现主干 河道七大瀑布的重要原因之一。最有意义的是，在上述退变高压麻粒岩地体和两大陆接合带附近，沿着近东西向韧性构 造带，侵入了一套由超基性碱性杂岩碳酸岩组成的完整岩石系列(钟大赉等，1998)i馒入 岩以岩筒、岩脉产出，宽度301 200 cm。超基性碱性杂岩脉体边缘相或小规模岩筒中为 角闪橄榄辉石岩，中央相为角闪金云母橄榄辉石岩金云母、斜方辉石、单斜辉石和角闪百、 尖晶石等是主要矿物相，并能发现文石、霞石和橄榄石等。碳酸岩围岩中出现强烈的地嘎热 液蚀变或交代，在脉体的中央相有结晶的块状碳酸岩。主要的碳酸盐矿物是文石，有舍量不 等的霞石、金云母、橄榄石、斜方辉石、单斜辉石、石榴石等。还发现具有碳酸岩、火成岩判别意义的、过去已有报道的矿物星叶石“。这样的岩石组合通常来自地幔，多是响应软流圈的卜涌和热力作用、岩石圈减薄地幔岩石发生减压、增温、熔融而形成。”“火成碳酸 岩是地幔熔体结晶分异作用晚期阶段的产物，碳酸岩与超摹性碱性杂岩成分和矿物相含量 呈过渡也说明了这一点。地质推断它们的形成时间很晚，初步的同位素年代学结果证明是35 ma以来形成的。这套岩石组合的发现，为论证大峡谷形成是由于该地区仔在地幔上 涌体而引起热力抬升提供了充分的岩石学证据。因此，雅鲁藏布大峡谷地区与峡谷形成相 关的地质特征和美国科罗拉多大峡谷基本相似，是地幔上涌体或地幔热点作用的结果，引起 岩石圈的减薄和类似的岩浆作用【l“，与此相应的地壳快速抬升造就了大峡谷的形成。构造变形特征与岩石学发现相对应，在早期构造变形形迹之上叠加r指示区域性强烈 抬升作用的印迹。沿着印度地块挤入欧亚大陆的楔状体边界和两大陆的接合构造带，发育 了脆韧性一脆性的张扭性高角度正断层。这些正断层继承了早期构造形迹，米林一林芝一线 的正断层西倾，接合带附近成北倾，阿尼桥断裂一带呈东倾，总体上指示r以近南北的南迦 巴瓦峰纳木拉一多雄拉一线为中轴的整个地区快速抬升。正断层的活动时限与超基性碱 性杂岩的形成时代应该相当，我们发现这些正断层已经切割了大峡谷第四纪阶地的半胶结 砾石层，大峡谷两岸山体的崩塌也都是以这种正断层为结构面，因此与正断层形成相关的抬 升运动仍在进行中。粗略的地球物理学资料和气候学、生物学等成果揭示，雅鲁藏布大峡谷地区现今大约存 墨脱西南5080 km接近中印边界，亦即是在南迦巴瓦峰一纳木拉一多雄拉向南的延长线 位置上存在着一个“热点”或地幔上涌体”一。大峡谷地区地幔上涌体的存在是该地现 代地壳快速抬升、地热泉广布、新构造活动异常活跃的原因，也可能是中、深地震得以发生的232万方数据主因如1950年8月的85级大地震，是大峡谷、大拐弯得以形成的根本原因。大峡谷的形 成是水流切蚀岩石和地壳抬升两方面综合作用的结果，其中地壳的快速抬升是主导因素。 与地幔上涌体对应的地表水系特征总是以隆起最强烈的部位为中心，沿着隆起高原或穹隆 的周沿发育放射状、环状水系。雅鲁藏布江大拐弯不仅包括西藏米林和墨脱之间的江道向 北的拐弯，而且包括印度控制区内由北向南转为由东向西流人布拉马普特拉河(brahuma putra river)的那一段。由大拐弯围限的区域正是上新世以来地幔上涌体对应地表的位置， 大拐弯河道的取向与快速隆升区周沿发育的正断层密切相关。至于雅鲁藏布江和布拉马普 特拉河大拐弯围限的区域为什么不是一个与“热点”相关地壳隆升模型中的等轴状形态，还 有其它的原因。大峡谷地区超基性碱性杂岩岩石学和区域构造地质学研究以及岩石圈中的地幔上涌体 得以确认具有深远的科学意义。雅鲁藏布大峡谷地区及其周缘地区+地质上归属东喜马拉 雅构造结，与西喜马拉雅构造结相对应，是印度大陆接入欧亚大陆最强烈的部位，与碰撞作 用及两大陆间消减作用诱发的深部地质过程相关的地质记录较为完整，具有典型研究意义。 两大陆间的碰撞在大峡谷地区主要引起了两个方面的效应：一是不同时段的地壳隆升，与之 相对应，青藏高原东南部的不同块体吸纳碰撞和挤压变形，出现了岩石圈层次的增厚、块体 问相对运动和旋转；二是两大陆的碰撞还引起了该地区岩石圈物质组成与结构的调整，造山 带的岩石圈结构向正常岩石圈演变，伴随软流圈扰动，地幔物质上涌与热侵蚀引起岩石圈减 薄、地温梯度增高、地壳快速抬升等一系列效应。同碰撞构造的研究可以帮助探索东喜马拉 雅构造结地区两大陆闭合、发生碰撞的时限，了解碰撞造山带变形方式和物质运动规律；超 基性碱性岩的发现提供了研究造山带下地幔性质及其壳一幔相互作用的难得窗口，有助于探 索这种特殊岩石类型的成因和演化机理；更为难得的是，地幔上涌体与热点一样，可以被看 作是长期固定的参照系，相对上覆板块的运动，它是相对静止不动的。但是地幔上涌体对上 覆地壳的加热作用和物质交换持续存在，因此，地幔上涌体会在上覆板片留下其运动的径 迹可以用来测量岩石圈漂移速度，这一速度矢量是青藏高原地质研究的一个重要参数。由于覆于地幔上涌体之上的大陆发生了漂移(初步估算约58 cnla)约58 ma前位于地幔上涌体上方的雅鲁藏布大峡谷地壳出现向北迁移，使大峡谷水系出现非等轴放射状特征。 另外，雅鲁藏布大峡谷地区地幔上涌体可能是大峡谷水汽通道_1“”j形成的一个重要制 约因素，印度洋暖湿气流所以能从这儿向北运移，是由于地幔上涌体热力作用于地表大气， 形成低气压区所致，也是以该地区为中心的藏东南成为所谓“气候启动区”_3“j的原因，还 可能是该地区牛物多样、异常高有机物产率、生物纬向分布北移达35。的重要原因，等等 以地幔上涌体为特征的岩石圈物质和结构调整，对地球外圈层艮尺度制约作用在大峡谷地区有十分明显的表现，因此它是地球系统中层圈耦合作用研究最理想的野外实验室。 超基性碱性杂岩中呈岩筒产状的钾镁煌斑岩有可能是金刚石矿产的母岩，有待于进一步研究。新构造运动的研究为合理利用大峡谷巨大水能资源也将提供基础资料。 参考文献1钟大责，丁林青藏高原的隆起发其机制探讨中国科学(【)辑)，199626(4)：2892952丁林，钟大赉，潘裕生，等东喜马拉雅构造结上新fc以来抬升的裂变径迹证据科学通报1995，40(16)：1497一1500233万方数据0qq6(43汤懋菩，钟大赉，享文华雅鲁藏布“大峡弯”的地球“热点”的证据中国科学(r)辑)，199828(5)：4634684钟大赉丁林藏东南南迦巴瓦峰地区发现高压麻粒岩科学通报，1995，40(20)：4775“u yzh衄g d ppt m】ogy。f hgh_pre飒lre g础u】1i缁fr叫1 ihe castem五nayanmiaxls如“，瑚，如a黼肿?f g，】99715：4454616刘焰，马泽生韩秀伶，等西藏南迦巴瓦峰地区发现的星叶石岩石矿物学杂志，199716(4)：3373407be【l k(蔚b。natlt郫：int。ihe twenty一6件t蝌ltury如“m，rfr。，q纠，1998，39(11一12)：】83卜18458le rx，a p，lanyon r isotope arid t删ie哪饥t ge。chdlllstry 0f cret黼u5 ihnaraiand】盯npmphy丁cs柚d叫-|batlt髓，n0hh嘲temn而la：edf。r叫u玎】e】tthpherpinteraclions胁删，0，附柙，q削，19983q：ill711469mitcherh，bergrnan sc rf咖吖k研印协，邸new york：pipr螂，199】38539810 m上llerrd，r。yer jy山wverla rev蚓pbten”tl。ns rebllve协the h。tsp。tsfrom佃bln甜12 ailanild jntdmeanspottrac抽妞y，1992(8)：451454“r0cknms，丑。w瞄dr，wr【ghtae km删删newyork：v叩nr哪dr帅hdd，glasgow and lcnd帆：bb出e1990 514912 剧rd p g。ntln踯tai delmtlinatl。n andthe(oradopbteau如“彻z矿g电蚺?“r哪日枷1979，84：756卜。767113 ve既k，pandey b k，ksh埘llrthy p pb，sfand nd l鲫topic sy5t吼atlcs of the carh舶巳s。f sut坦levm曙hak”，nonheasr in出a：hphcat啪s f。r coni彻pcd3ry日坩bted mande s。ur钾chcrenstlcs如“ f吖1助巾缸秽199839(1l12)：1875188414 vel【5l口i v，pe曲。t1 c，j伽ga，n d mherakgy。f c州aii吲r嘴lt lncluqos fmn chdiner and k“vd。r山一tramflcdhhnem甜“舒：nphcatl帆sfor cafb丑tite g叽曲ls如“舢细厂af邶妞，1998，39(11一12)：2cil5203315 su彻刊t】agdd5teln s l，sc蜥dkrger s s g鲫ch咖龃1 and ndpb，a11d sm i0pe da姐frorn i)eccan alkdlc鲫d黼mfer即c船formtle础es跚d曲哪!1phereinteract】on j。“，能f矿r巾2-，1998，39【1112)：1847186416 高登义，邹捍，王维雅鲁藏布江水汽通道对降雨的影响山地研究1985，3(4)：23924917 李渤生南迦巴瓦峰地区气候特征山地研究，19853(4)：29129818冯松，王冬梅“青藏高原是我国气候变化启动区”新证据科学通报，1999(待刊)genesis and scientific significance 0fthe yarlung zangbo canyonji jianqing zhong daiai ding i血zhang ji njia“g(p矗i”g uni钟+s睁，0ing，100871)(i”s啦“妇0，(知fogycas，巧ing，100029jyang yichou沏甜if“即矿锄触ycas，巧i”函 100101 jabstract the paper sl肌marizes that the f。丌nation。f the yarlur培zar培b。ca“yon and the yariung zangb0 riverbig-i tuming”is due to the upwe|ling nlantle according to the petr。1喈y and structurai defomlation ar。und that area ultralllafic alkanne complexes discovered“rst in【he area，which js an imp。r七ant evidence for the existence of the upwejljng mantle，which in一一234万方数据ciudeq lampmite or kimberlite and is c。nsidered【()be origimted from the asthenosphere mantle the effect。f the upwelling mantle ls a1so renected by the bi。logica】and clittlate phen。工nena it 砖conciuded that the yarlung zangk can如n is tk。ptimum ne“iab。ratory for the studv。fcontinenta【dyn锄ics and kinematics， earth妙stem invoivir培crustmantle exchar培e， lith。 sphere。r aslhenosphere efkct on the atnlosphere，hydrosphere and biosphere on a 1arge scale key words the“pwellj“g rmntle，ultramaalkaline cornplexes，continental dynamics，eanh s”tem，ydung zar培b0 cany。n实验变形岩石低温破裂作用的微观机制刘俊来1)2岛田充彦2)长春科技大学原地